(57)【要約】      （修正有）【課題】バッテリおよび電気化学的貯蔵デバイスの長期間にわたる無停電電力供給（ＵＰＳ）を実現するモジュール化されたエネルギー貯蔵システムを提供する。【解決手段】モジュール化されたエネルギー貯蔵システムは、主電源および負荷バランシング装置として機能するよう構成され、直流−交流インバータ、変圧器、および周波数調節器を含む電力エレクトロニクスを含む第１の電力キャビネットと、第１の電力キャビネットに接続された１組のバッテリベースのエネルギー貯蔵システム（ＢＥＳＳ）と、第１の電力キャビネットに接続される第２、第３の電力キャビネットとを含み、第１の電力キャビネットは複数相出力電圧を第２、第３の電力キャビネットに供給する。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
モジュール化されたエネルギー貯蔵システムであって、
主電源および負荷バランシング装置として機能するよう構成された第１の電力キャビネットであって、直流−交流インバータ、変圧器、および周波数調節器を含む電力エレクトロニクスを含む第１の電力キャビネットと、
前記第１の電力キャビネットに接続された１組のバッテリベースのエネルギー貯蔵システム（ＢＥＳＳ）と、
前記第１の電力キャビネットに接続されるよう構成された第２の電力キャビネットと、
前記第１の電力キャビネットに接続されるよう構成された第３の電力キャビネットと
を含み、
前記第１の電力キャビネットは複数相出力電圧を前記第２および第３の電力キャビネットに供給する、
システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記第１の電力キャビネットは、短期間の電力およびエネルギー供給に適した独立型エネルギー供給をさらに含む、システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムであって、前記第１の電力キャビネットは、燃焼燃料システムをさらに含む、システム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムであって、前記第１の電力キャビネットは、前記第２および第３の電力キャビネットにおいてより少ない変圧器の使用を可能とする様々な電圧および電力変換回路を含む、システム。
【請求項５】
請求項４に記載のシステムであって、前記第１の電力キャビネット内の電力エレクトロニクスは、３相配電のレグのバランスをとる必要性を軽減する分離した回路上に構成された、システム。
【請求項６】
請求項５に記載のシステムであって、前記第１の電力キャビネット内の電力エレクトロニクスは、分離した回路を電気的ノイズから保護する手段をさらに含む、システム。
【請求項７】
請求項６に記載のシステムであって、前記第２および第３の電力キャビネットは共通のハウジング内に含まれる、システム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムであって、前記第１の電力キャビネットおよびＢＥＳＳの組は、輸送のために、移動型トレーラ上に構成された、システム。
【請求項９】
請求項１に記載のシステムであって、前記第１の電力キャビネットが出力電力を前記第２および第３の電力キャビネットに供給する間、個々の前記ＢＥＳＳは、前記第１の電力キャビネットに接続されること、および前記第１の電力キャビネットから接続解除されることができる、システム。
【請求項１０】
モジュール化されたエネルギー貯蔵システムであって、
主電源および負荷バランシング装置として機能するよう構成された第１の電力キャビネットであって、直流−交流インバータ、変圧器、および周波数調節器を含む電力エレクトロニクスを含む第１の電力キャビネットと、
前記第１の電力キャビネットに接続された１組のバッテリベースのエネルギー貯蔵システム（ＢＥＳＳ）と、
第２の電力キャビネットと、
第３の電力キャビネットと、
前記第１の電力キャビネットを前記第２および第３の電力キャビネットに接続し、前記第１の電力キャビネットが前記第２および第３の電力キャビネットに給電することを可能にするための手段と
を含み、
前記第１の電力キャビネットは複数相出力電圧を前記第２および第３の電力キャビネットに供給し、
前記第１の電力キャビネット内の前記電力エレクトロニクスは、３相配電のレグのバランスをとる必要性を軽減する分離した回路上に構成され、前記電力エレクトロニクスは、前記分離した回路を電気的ノイズから保護するための手段を含み、
前記第１の電力キャビネットが出力電力を前記第２および第３の電力キャビネットに供給する間、個々の前記ＢＥＳＳは、前記第１の電力キャビネットに接続されること、および前記第１の電力キャビネットから接続解除されることができる、
システム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、電力システムに関し、より具体的には、移動型および定置型の、商工業規模における発電、回収、および貯蔵システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
これらは一般に、蓄電システム、またはＥＳＳと称される。バッテリベースのエネルギー貯蔵システムは通称ＢＥＳＳと呼ばれる。
【考案の概要】
【０００３】
モジュール式のコンテナ型ＥＳＳおよび電力キャビネット制御システムを設置するシステムおよび方法を説明する。独創的な本システムによって、バッテリおよび電気化学的貯蔵デバイスの長期間にわたる無停電電力供給（ＵＰＳ）の機能性を実現する。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】単一の電力キャビネットに接続された複数のＢＥＳＳを示す図である。本図は、施設や敷地に適応するよう調整または配置されることができる構成を説明する。電力キャビネットは、１つのキャビネット内で複数の電圧を出力することができてよい。分離した回路（ｉｓｏｌａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔｓ）を利用することによって、電力キャビネットは、現場で降圧変圧器を使用せずに異なる電圧を供給することができる。
【図２】移動型トレーラ上にある１つの電力キャビネットおよび２つのＢＥＳＳコンテナの一構成を示す図である。
【図３】単一のＢＥＳＳコンテナに接続された電力キャビネットを示す図であり、さらなるＢＥＳＳまたはその他のＥＳＳコンテナを追加または削除するシステム能力を示している。本図では各ＢＥＳＳコンテナは充電されている。
【図４】単一の電力キャビネットに対となって接続するＢＥＳＳコンテナの複数の列を示す図である。本図では、各ＢＥＳＳは充電されている。
【図５】電力キャビネットに接続および接続解除される異なる燃料源を使用することができる複数のＥＳＳを示す図である。本図では、枯渇したＢＥＳＳは電力キャビネットから接続解除され、充電されたＢＥＳＳが接続されることができる。本図はまた、電力キャビネットと接続または接続解除する能力を備える従来型の燃焼燃料ＥＳＳを示す。
【図６】電力キャビネットから接続解除された、枯渇したＢＥＳＳを示す図であり、従来型の燃焼燃料ＥＳＳが電力キャビネットに接続され、電力を供給している。
【図７】ソーラファームまたはウィンドファームで利用されることができる、トレーラ上の複数のＢＥＳＳコンテナを示す図である。
【図８】ＢＥＳＳコンテナの組、据え付けまたは移動可能な電力キャビネット、および「ステーブル」を示す図であり、「ステーブル」は、自動的または限られた人もしくはシステムの相互作用によってＢＥＳＳを電力キャビネットに接続するか、あるいは、その他の電気接続手段によってＢＥＳＳが電力を供給または収集することを可能とする。「ステーブル」内には複数の「ストール」があってよく、いくつかの電力およびエネルギーシステムが様々な構成で互いに接続することを可能とする。本図は、ステーブル内の少なくとも１つの空のストールを示す。
【図９】第２のストールから入出力する第２の電力／エネルギーシステムを有する、図８と同一のステーブルを示す図である。
【図１０】発電施設、変電所、商工業施設に取り付けまたは設置され得るステーブルのネットワークを示す図である。これらのステーブルは、一時的または長期的なエネルギーの入出力を可能とする。
【考案を実施するための形態】
【０００５】
移動型および定置型の、商工業規模における発電、回収、および貯蔵システムは、一般に、貯蔵されたエネルギーを変換する手段を提供するよう構成され、最も一般的には、燃焼燃料源を電力に変換する。これは、典型的に、建物内の大規模電源、建物全体または建物群、一定の区域内の構造物および設備に、バックアップ電源、緊急電源、または無停電電源供給（ＵＰＳ）を提供するために実施される。典型的には、これらのシステムは燃焼燃料を追加し、必要に応じて稼働時間を延長することができる。このようなシステムは通常、供給可能な電力範囲に設定され、電力出力およびエネルギー貯蔵（タンクまたはリザーバ）の範囲で建造され、また、一般に、単一ユニットとして建造される。従来の実施形態では、電力生産デバイスをエネルギー貯蔵デバイスから分離することが難しく、実用的でなかった。
【０００６】
技術の進歩ならびに高度なバッテリおよびその他の電気化学的貯蔵システムの低価格化に伴い、完全にバッテリベースのコンテナ型ＵＰＳまたはＥＳＳを構築することが可能となっている。しかしながら、貯蔵エネルギー量の制約により、コンテナ型ＵＰＳおよびＥＳＳ設計の典型的な接続形態がこの技術を短期間の電力イベントに制限している。必要とされているのは、コンテナ型ＵＰＳおよびＥＳＳ設計の発電部を分離し、これが複数のエネルギー貯蔵専用コンテナと結合および分離されることを可能にする方法である。この設計は、従来型のＵＰＳコンテナ型システムのタンクに燃焼燃料を追加することに酷似している。
【０００７】
電力設備のアーキテクチャは、そのため、複数の入力を受容可能でなければならず、これらの回路が通電かつ消勢することを可能とし、電力継続性を維持しつつ空コンテナが別のものと交換されることを可能とする。本開示は、複数のエネルギーコンテナに接続することができる主電源コンテナを含むシステムに関し、必要に応じて従来型の燃焼燃料システムを含むが、これに制限されるものではない。
【０００８】
従来型の燃焼ＵＰＳシステムのもう１つの共通課題は、電力負荷バランシングを維持することである。典型的には、これらの大規模電力システムは負荷バランシングされた設備に接続する。しかし、適切な負荷バランシングを行っていない領域に設置されると、３相交流モータ向けの発電においてノイズが発生することがある。専用の電力生産回路を用いれば、優れた負荷分離を達成することができる。
【０００９】
大幅な電力変動はまた、これらの従来型のモータ／エンジンをベースとしたシステムに問題をもたらすことがある。スパイクが１０分の１秒または１００分の１秒以下の場合、モータの回転が３相ラインの進行に追いつくことができず、システム全体の障害となり得る。電子ベースのＵＰＳシステムは、はるかに速いレスポンスタイムを実現できる。わずか２ミリ秒の間に１度発光する、１組の高出力ストロボがその応用例となり得るが、典型的な発電機にとって十分な継続時間を得ることは難しいであろう。このことは、他のデバイスと共に問題を引き起こし、ストロボに十分な電力を供給できず、消耗させ、デバイスに損傷を与える可能性がある。
【００１０】
図１に、独立した電力キャビネットに一般的な方法で接続または結合された不定構成による、ＢＥＳＳコンテナの集合を示す。電力キャビネットの内部には、直流−交流インバータ、変圧器、周波数調節器、および、電力変換で一般的に使用されるその他の電力機器などの、一般的な電圧併用デバイスがある。電力キャビネットはまた、数分間に適した独立型エネルギー供給または、典型的な無停電電源供給（ＵＰＳ）によく似た短期間の電力およびエネルギー供給を含む。電力キャビネットは、ＢＥＳＳまたはその他のエネルギー源からの様々な入力を通電または消勢することができてよく、電力キャビネットが主電源および負荷バランシング装置として機能することを可能とする。これらの入力は、直流または交流であってよく、１つの実施形態では、様々なエネルギー入力を伝送し、かつバランスをとるために使用されるモータまたはフライホイールに入力される機械的入力が考えられる。
【００１１】
また、図１は、複数電圧および電力変換のラインが提供され、ラインのさらに下流でより少ない変換器の使用を可能とすることを示す。電力キャビネット内の電力エレクトロニクスは、３相配電のレグ（ｌｅｇｓ）の「バランスをとる」問題を解消するか、または著しく軽減する、分離した回路上にあってよい。ライン上の信号には、生成された場によるノイズが発生することがあるが、これらはラインを遮蔽することによってさらに軽減される可能性がある。図中のより小さい電力キャビネットまたは特定の電力キャビネットは、再構成可能であってよく、１つのデバイス内に含まれることができる。
【００１２】
図２は、電力キャビネットおよびＢＥＳＳシステムがどのようにＩＳＯコンテナを利用してこれらのシステムを輸送し、動員することができるかを示す。従って、電力キャビネットの最初の組を動員し、その後、従来型の燃焼発電機が燃料を追加するのと同様の方法でＢＥＳＳシステムをスワップすることができる。本図では、１つの実施形態において３．０４８ｍ（１０フィート）の長さの電力キャビネットと６．０９６ｍ（２０フィート）のＥＳＳまたはＢＥＳＳコンテナを輸送する１５．２４ｍ（５０フィート）のロングベッドトレーラが示されている。
【００１３】
図３は、電力キャビネットが、付随する１つまたは複数のＥＳＳまたはＢＥＳＳユニットと共に一時的または半一時的／永続的に配置され得ることを示す。各ＢＥＳＳまたはＥＳＳはまた、互いに「連結」されることができる他、必要に応じて電気的にリンクされるか、結合または分離されることができる。
【００１４】
図４は、結合されることができるＢＥＳＳまたはＥＳＳコンテナの複数の連鎖を示し、追加のＢＥＳＳユニットの結合が接続され、エネルギーを供給または、収集および貯蔵することを示している。
【００１５】
図５に、３つの異なるエネルギーおよび電力源が単一の電力キャビネットまたは複数の電力キャビネットに接続され得る間、何れの電力源から電力を引き出すかを選択することが可能であることを示す。図中、ＢＥＳＳユニットの第１の連鎖または結合が枯渇すると、電力キャビネットが次のＢＥＳＳまたはその他のデバイスからの引き出し始めることができる。また、システムをハイブリッド化するためにも使用され得る従来型の燃焼システムも表現されている。本図では、従来型の燃焼システムは、補充、再充電、または電力キャビネットに所望される期間主電源を供給するために使用されることができる。このアプローチでは、従来型の燃焼発電機の出力を最適化し、生産するエネルギー総量を最大化することが容易となる。
【００１６】
図６では、図５における第１の枯渇したＢＥＳＳが再充電のため別の場所に移動されている。図５で完全に充電されていたＢＥＳＳは、ここでは枯渇してしまっている。従来型の燃焼燃料システムが、短期間、または再充電されたＢＥＳＳが戻されるまでの間、電力生産を引き継ぐ。
【００１７】
図７では、ＢＥＳＳトレーラの車隊が再生可能エネルギー生産地（ファーム）、従来型の変電所、または発電および配電所に設置され、エネルギーを回収および負荷移動することができる。このシステムはまた、遠隔地で電力を回収することができ、貯蔵されたエネルギーを電力へのアクセスがあるとは限らない別の場所に容易に移動することができるという点で特異である。ＢＥＳＳトレーラシステムの移動性により、従来の送電網が到達できない場所、攻撃や損害を受けた場所、または配電とサービスコストがひどく高価な場所にエネルギーを輸送することができる。
【００１８】
トレーラは、これらの再生可能生産施設のピーキングリソースとしての機能を果たす。風が吹くか、吹かないかは誰にも分からないが、電力を生産し得ることを警告付きで予測することは合理的である。そして、望まれていない、未活用の電力生産を行い、貯蔵し、その値が増加した時、需要が高まった時に使用し、または、回収したエネルギーを必要に応じて使用することができる場所に輸送することができる。
【００１９】
図８は、ＢＥＳＳまたはその他の電力生産設備を、「ステーブル」と称されるものに接続および接続解除するための自動化された、または単純化された方法を示す。図に示すように「ステーブル」は、電力キャビネット、施設やキャンパス、または電力生産／分配場所に接続することができる。「ステーブル」は、クイック／オート接続および接続解除を行う複数の「ストール」を含むことができる。これらの「ストール」は、移動型ＢＥＳＳまたはその他のエネルギーおよび電力生産コンテナを容易にスワップするための手段および方法を提供する。本図は、１ストール内のステーブルに別の利用可能な空きストールと共に接続された１組の移動型トレーラを示す。
【００２０】
図９は、同一のステーブルおよびストールの組であり、第２のＢＥＳＳ移動型コンテナが受容または解放することができることを示す。この工程により、電力が継続的に供給かつ移動されることができる。
【００２１】
図１０は、電力生産施設に配置された、複数のストールを有するステーブルであり、様々な充電状態にある複数のＢＥＳＳ移動型コンテナを示す。ストールはトレーラをステーブルに接続し、ステーブルは、電力を供給するためにエネルギー生産施設またはサイトに接続される。
【００２２】
結論
独創的なシステムおよび方法は、以下の特徴を提供する。
・複数のエネルギー入力を受容することができる電力キャビネット
・１１０、２００、２０８、２２０、２４０、３００、３８０、４００、および４８０ｖを含むがこれに限定されない複数の出力電圧を、必要に応じて様々な周波数および位相で供給することができる電力キャビネット
・１つまたは複数の他の入力を通電しているか、または既に通電済みである時に、１つまたは複数の入力を通電または消勢することができる電力キャビネット
・エネルギー貯蔵コンテナを追加することなく一定時間稼働することを可能とする、エネルギー貯蔵を内蔵する電力キャビネット
・様々な電力源からの１つまたは複数の入力に接続するための内部または外部の物理インタフェースを有する電力キャビネット
・必要に応じて、専用および選択的にラインから分離された電圧および周波数を提供することができる様々な電力出力を有する電力キャビネット
・ユーザがシステムの入出力を選択することを可能とするコンピュータインタフェースを用いて制御することができる電力キャビネット
・ユーザ、または、既知または可能なアプリケーションの定義されたセットに基づく自動検出によって定義されたように、電力出力および入力パラメータを再構成することができる電力キャビネット
・エネルギー貯蔵コンテナを、ソーラファームまたはウィンドファームなどのエネルギー回収および電力生産サイトに相互接続するための方法
・移動式分配電力の細かさをさらに軽減することができる複数のモジュール式バッテリパックを含むことができるエネルギー貯蔵コンテナを輸送するための方法
・エネルギー貯蔵コンテナを公共施設規模の変電所またはその他の産業および商業水準の電力生産、分配、および送電設備に相互接続するための方法
・望まれていないエネルギー生産を利用することができる公共および商業規模の送電網システムにピーキング電力リソースを提供する方法
・エネルギーの回収および生成のタイムシフトによって、断続的な再生可能エネルギーシステムが公共システムの電力変動と需要側の管理に、より効果的に参入することが可能となる。
【００２３】
・インフラストラクチャを用いずに、または、インフラストラクチャが不十分であるか問題に直面していている場合でも、システムにエネルギーを回収、輸送、および分配するための方法
・大規模なコンテナ型ＥＳＳに貯蔵された内容物を、広範囲に及ぶ、より小規模の電力需要に分配するための方法
・より小規模のエネルギー貯蔵システムを、より大きな集合的電力出力を供給することができる、より大規模の集合的なコンテナ型ＥＳＳに統合するための方法
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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